Ảnh hưởng của đường kính và tỷ số hình dạng lên tính chất từ của dây nano từ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN



Nguyễn Thị Thái



ẢNH HƢỞNG CỦA ĐƢỜNG KÍNH VÀ TỶ SỐ HÌNH DẠNG LÊN TÍNH
CHẤT TỪ CỦA DÂY NANO TỪ



LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC




Hà Nội - Năm 2014


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN


Nguyễn Thị Thái


ẢNH HƢỞNG CỦA ĐƢỜNG KÍNH VÀ TỶ SỐ HÌNH DẠNG LÊN TÍNH CHẤT

TỪ CỦA DÂY NANO TỪ

Chuyên ngành: Vật lí Nhiệt
Mã số:

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. LÊ TUẤN TÚ

Hà Nội - Năm 2014

LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy hướng dẫn luận văn của
em là TS. Lê Tuấn Tú, người đã động viên, tạo mọi điều kiện và giúp đỡ để em
hoàn thiện luận văn tốt nghiệp này. Thầy đã hướng dẫn em nghiên cứu về vấn đề
thiết thực và có nhiều ứng dụng trong cuộc sống cũng như trong khoa học
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô bộ môn Vật lý nhiệt độ thấp, cũng
như các thầy cô trong khoa Vật lý đã giảng dạy và giúp đỡ em trong suốt quá
trình học tập và hoàn thành luận văn tốt nghiệp.
Em xin gửi lời cảm ơn tới anh Lưu Văn Thiêm , người đã hướng dẫn, hỗ trợ
em trong các bước tiến hành thí nghiệm và nghiên cứu tài liệu .
Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè, những người đã
luôn bên em, cổ vũ và động viên em những lúc khó khăn để em có thể vượt qua
và hoàn thành tốt luận văn này.

Hà Nội, ngày 6 tháng 1 năm 2014
Học viên
Nguyễn Thị Thái

Mục Lục
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DÂY NANO TỪ TÍNH 3
1.1 Giới thiệu về dây nano từ tính 3
1.1.1 Dây nano tạo mảng và phân tán 5
1.1.2 Các dây nano một đoạn, nhiều đoạn và nhiều lớp. 6
1.2 Tính chất từ của dây nano từ tính 7
1.2.1 Dị hƣớng hình dạng 7
1.2.1.1 Hình phỏng cầu thon dài (c > a = b) 9
1.2.1.2 Elipxoit thon ( c  a > b) 10
1.2.1.3 Hình phỏng cầu dẹt(c =b > a) 11
1.2.1.4 Ảnh hƣởng của đƣờng kính, chiều dài và tỷ số hình dạng lên tính
chất từ của dây nano. 12
1.2.2 Chu trình từ trễ 15
1.3 Một số ứng dụng của dây nano từ tính. 16
1.3.1 Phân phối gen. 16
1.3.2 Phân tách các phân tử sinh học. 18
1.3.3 Ghi từ vuông góc. 19
1.3.4 Tăng mật độ bộ nhớ bằng các dây nano. 20
CHƢƠNG 2: CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23
2.1 Mô hình tính toán. 23
2.1.1 Dây nano từ tính cô lập 23
2.1.2 Mảng dây nano từ tính 24
2.2 Chế tạo dây nano bằng phương pháp điện hóa. 25
2.3 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 28
2.4 Hiển vi điện tử quét (SEM) 30
2.5 Thiết bị từ kế mẫu rung (VSM) 32
2.6 Phổ năng lượng tia X (EDS) 34
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 37
3.1 Kết quả tính toán từ mô hình lý thuyết 37

3.1.1 Sự phụ thuộc của lực kháng từ vào đƣờng kính dây nano từ tính 37
3.1.2 Sự phụ thuộc của lực kháng từ vào chiều dài dây nano từ tính 38
3.2 Các kết quả thực nghiệm 39
3.2.1 Sự phụ thuộc của mật độ dòng vào thời gian 39
3.2.2 Kết quả đo hiển vi điện tử quét (SEM). 40
3.2.3 Kết quả đo nhiễu xạ tia X (XRD). 41
3.2.4 Kết quả đo năng lƣợng quang phổ phân tán (EDS). 42
3.2.5 Tính chất từ của mẫu. 43
3.2.5.1 Kết quả đo từ kế mẫu rung 43
3.2.5.2 Ảnh hƣởng của tỷ số hình dạng lên trƣờng kháng từ của dây nano
46
3.2.5.3 Kết quả tính toán năng lƣợng dị hƣớng. 47
KẾT LUẬN 49
TÀI LIỆU THAM KHẢO 49



DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU HÌNH VẼ

Hình 1.1. Hình ảnh về các loại dây nano. A) dây 1 đoạn, b) dây 2 đoạn, c) dây nhiều
đoạn, d) dây đã được chức năng hóa để ứng dụng 4
Hình 1.2. (a) dây nano ni được tạo mảng có đường kính 200nm; (b) dây nano co bị
phân tán có đường kính khoảng 70nm . 5
Hình 1. 3. (a) dây nano ni một đoạn ; (b) dây nano ni-au hai đoạn ;(c) dây nano nhiều
lớp co-cu . 6
Hình 1.4. Ba hình elipxoit đặc trưng: hình phỏng cầu thon dài (c > a =b), hình elipxoit
thon (c » a > b), hình phỏng cầu dẹt (c = b > a). 8
Hình 1.5. Mối quan hệ giữa các hằng số trường khử từ đã chuẩn hóa (n
a
/4π và n

c
/4π) và
tỷ số (m=c/a) của một vật phỏng cầu thon dài có thể được tìm thấy nếu tỷ số nhỏ hơn
10, n
a
/4π ≈ 0.5 và n
c
/4π ≈ 0. 9
Hình 1.6. Sự thay đổi của lực kháng từ theo đường kính. 12
Hình 1.7. Những chu trình trễ của một mảng dây nano ni. Đường kính của các dây nano
là 100 nm, chiều dài của chúng là 1 µm 15
Hình 1.8. Chức năng hóa các dây nano au-ni. 1. Dây nano được ủ với aedp. Đoạn ni
liên kết với nhóm muối của axit cacbonxylic. 2. Plasmit liên kết với nhóm amin có thêm
một proton của aedp. 3. Plasmit bất động bề mặt được cô đọng bằng cacl
2
. 4. Đoạn au
liên kết chọn lọc với transferring hodaminetagg 17
Hình 1.9. (a) sơ đồ phân tách các protein his đã được đánh dấu từ các protein chưa
được đánh dấu; (b) phân tách các kháng thể poly – his từ các kháng thể khác . 19
Hình 1.10 (a) ghi từ song song; (b) ghi từ vuông góc. 20
Hình 1.11. Mô hình lưu trữ dữ liệu trong bộ nhớ "racetrack" 21
Hình 2.1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm lắng đọng điện hóa chế tạo dây nano. 27
Hình 2.2. Hiện tượng nhiễu xạ trên tinh thể. 28
Hình 2.3. Nhiễu xạ tia x góc nhỏ. 28
Hình 2.4. Kính hiển vi điện tử quét 30
Hình 2.5. Sơ đồ cấu trúc cơ khí của hệ VMS 32
Hình 2.6. Thiết bị VSVDMS model 880 34
Hình 2.7. Phổ tán sắc năng lượng tia x (EDS) 36
Hình 3.1. Đồ thị sự phụ thuộc của lực kháng từ vào đường kính dây nano 37
Hình 3.2. Đồ thị sự phụ thuộc của lực kháng từ vào chiều dài dây nano từ tính 38

Hình 3.3. Sự phụ thuộc của mật độ dòng theo thời gian 39
Hình 3.4. Hình ảnh sem của các dây nano conip có đường kính khác nhau: a) 100 nm,
b) 200 nm, c) 400 nm và d) 600 nm. 40
hình 3.5. Kết quả nhiễu xạ tia x của các dây nano conip với đường kính 100 nm 41
Hình 3.6. Phân tích quang phổ eds của dây nano conip 42
Hình 3.7. Chu trình từ trễ của dây nano conip đo ở nhiệt độ phòng với đường kính khác
nhau. 43
Hình 3.8. Sự phụ thuộc của tỉ số Mr/Ms vào đường kính. 44
Hình 3.9. Sự phụ thuộc của hc vào đường kính. 45
Hình 3.10. Sự phụ thuộc của hc vào tỷ số hình dạng 46
Hình 3.12. Sự phụ thuộc của năng lượng dị hướng k
u
theo đường kính 47
Hình 3.11. Sự phụ thuộc của trường dị hướng theo đường kính dây nano. 47


Luận văn thạc sĩ Nguyễn Thị Thái

Ng-êi h-íng dÉn: TS. Lª TuÊn Tó
1
MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, công nghệ nano là hướng nghiên cứu thu
hút được rất nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học cũng như các nhà đầu tư công
nghiệp bởi những ứng dụng to lớn của chúng trong sản xuất các thiết bị công nghiệp,
y sinh, hàng không… Các thiết bị ứng dụng công nghệ nano ngày càng nhỏ hơn,
chính xác hơn các thiết bị với công nghệ micro trước đó.
Trong ngành công nghiệp, các tập đoàn sản xuất điện tử đã đưa công nghệ
nano vào ứng dụng, tạo ra sản phẩm có tính cạnh tranh từ chiếc máy nghe nhac iPod
nano đến các con chip có dung lượng lớn với tốc độ xử lí cực nhanh… Trong y học,
để chữa bệnh ung thư người ta tìm cách đưa các phân tử thuốc đến đúng các tế bào

ưng thư qua các hạt nano đóng vai trò là “xe tải kéo”, tránh được các hiệu ứng phụ
gây ra cho tế bào lành. Y tế nano ngày nay đang nhằm vào những mục tiêu bức xúc
nhất đối với sức khỏe con người, đó là các bệnh do di truyền có nguyên nhân từ gien,
các bệnh hiện nay như HIV/AIDS, ung thư, tim mạch, các bệnh đang lây lan rộng
hiện nay như béo phì, tiểu đường, liệt rung (Parkison), mất trí nhớ (Alzheimer).
Ngoài ra, các nhà khoa học tìm cách đưa công nghệ nano vào giải quyết các vấn đề
mang tính toàn cầu như thực trạng ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng. Việc cải
tiến các thiết bị quân sự bằng các trang thiết bị, vũ khí nano rất tối tân mà sức công
phá khiến ta không thể hình dung nổi.
Do sự ứng dụng kì diệu của công nghệ nano, tiềm năng kinh tế cũng như tạo ra sức
mạnh về quan sự. Vì lẽ đó hiện nay trên thế giới đang xảy ra cuộc chạy đua sôi động
về phát triển và ứng dụng công nghệ nano. Có thể kể đến một số cường quốc đang
chiếm lĩnh thị trường công nghệ này hiện nay là: Mĩ, Nhật Bản, Trung Quốc, Đức,
Nga và một số nước Châu Âu… Việt Nam cũng đã và đang chế tạo các vật liệu nano
để sử dụng các ứng dụng của nó. Tại bộ môn Vật lí Nhiệt độ thấp thuộc trường Đại
học Khoa học Tự nhiên-ĐHQGHN, nhóm nghiên cứu chế tạo màng, dây có kích thước
Luận văn thạc sĩ Nguyễn Thị Thái

Ng-êi h-íng dÉn: TS. Lª TuÊn Tó
2
nano cũng đã được hình thành và đang tiến hành các chương trình nghiên cứu, trong
đó nội dung chủ yếu là chế tạo các màng, dây nano từ tính bằng phương pháp lắng
đọng điện hóa. Phương pháp lắng đọng điện hóa có những ưu điểm hơn các phương
pháp khác ở chỗ không đòi hỏi thiết bị đắt tiền, nhiệt độ cao, hoặc chân không cao,
không tốn nhiều thời gian. Sử dụng phương pháp này có thể chế tạo màng dễ dàng hay
tổng hợp các dây nano nhiều đoạn bằng cách thay đổi các dung dịch phù hợp. Về các
mô hình tính toán chủ yếu nghiên cứu về ảnh hưởng của hình dạng và khoảng cách
giữa các dây và tỷ số hình dạng của dây lên tính chất từ. Để tìm hiểu về sự thay đổi
tính chất từ của dây nano CoNiP khi thay đổi các yếu tố về đường kính và tỷ số hình
dạng của các dây trong luận văn này sẽ đi sâu vào vấn đề: “Ảnh hưởng của đường

kính và tỷ số hình dạng lên tính chất từ của dây nano từ”.

Nội dung của luận văn này đƣợc trình bày nhƣ sau:
Mở đầu.
Chương 1 - Tổng quan về dây nano từ tính.
Chương 2 - Các phương pháp nghiên cứu.
Chương 3 - Kết quả và thảo luận.
Kết luận.
Tài liệu tham khảo.




Luận văn thạc sĩ Nguyễn Thị Thái

Ng-êi h-íng dÉn: TS. Lª TuÊn Tó
3
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DÂY NANO TỪ TÍNH

1.1 Giới thiệu về dây nano từ tính
Công nghệ nano có ứng dụng rất lớn trong cuộc sống và là một công nghệ triển
vọng ngay tại thời điểm hiện tại lẫn tương lai. Thử tưởng tượng có những thiết bị nhỏ
cỡ nano có thể đi vào trong con người, tìm ra các bộ phận bị “ốm” và tuyệt hơn là góp
phần làm bộ phận đó “khỏe” trở lại. Công nghệ này cũng được đánh giá là sạch (ít gây
ô nhiễm) và hiệu quả hơn các công nghệ khác. Trong các lĩnh vực nghiên cứu về nano
thì từ sinh học là lĩnh vực rất thú vị và đầy hứa hẹn. Ví dụ, chế tạo các hạt nano từ tính
dùng để thăm dò có lựa chọn và điều khiển các hệ sinh học. Đây là lĩnh vực phát triển
nhanh và có rất nhiều ứng dụng đã được phát triển như là phân tách tế bào, cảm biến
sinh học, nghiên cứu các chức năng của tế bào, cũng như rất nhiều ứng dụng tiềm năng
về y học và trị liệu. Phần lớn các hạt từ được sử dụng có dạng hình cầu, thường bao

gồm một lõi từ tính và lớp vỏ được chức năng hóa bởi một lớp hoạt chất sinh học để
thỏa mãn mục đích y sinh. Cũng giống như những ứng dụng của hạt từ tính đang trở
nên ngày càng phổ biến trong các nghiên cứu về y học và công nghệ sinh học, sẽ rất
thuận lợi nếu các hạt từ tính có thể thực hiện được nhiều chức năng khác nhau. Ngoài
các hạt nano từ tính,các dây nano từ tính cũng có khả năng thỏa mãn các mục đích
trên. Dây nano, cũng được gọi là thanh nano trong một vài ngữ cảnh, có cấu trúc dị
hướng một chiều với những tỉ số hình dạng cao [2].
Để các hạt nano từ tính ứng dụng được trong y sinh, chúng ta cần phải kiểm soát
chính xác về thành phần, hình dạng, kích thước, bề mặt và tính chất hóa học của hạt. Ở
góc độ này, dây nano có nhiều những ưu điểm và thuận lợi hơn. Đặc biệt, các dây nano
từ tính sở hữu những tính chất rất độc đáo. Như hình 1.1, cấu trúc và thành phần của
dây nano dọc theo trục có thể điều chỉnh một các chính xác, và nó có thể dùng để kiểm
soát chính xác tính chất từ của dây nano cho các ứng dụng y sinh cụ thể [30].
Luận văn thạc sĩ Nguyễn Thị Thái

Ng-êi h-íng dÉn: TS. Lª TuÊn Tó
4

Hình 1.1. Hình ảnh về các loại dây nano. a) dây 1 đoạn, b) dây 2 đoạn, c) dây nhiều
đoạn, d) dây đã được chức năng hóa để ứng dụng

Phần lớn các dây nano từ sử dụng trong y sinh là các hình trụ kim loại lắng đọng
vào các khuôn xốp có các lỗ kích thước nano. Bán kính của chúng có thể thay đổi từ 5
nm cho đến 500 nm, và chiều dài có thể đến 60 µm. Các cấu trúc nhiều đoạn, giống
như trên hình 1.1 (b) và (c) có sự linh hoạt đặc biệt đối với việc điều khiển tính chất từ,
cũng như hình dạng, thành phần của từng đoạn và sự kết nối giữa các lớp có thể điều
chỉnh một cách chính xác [9,30]. Hơn nữa, như trên hình 1.1(d) cho thấy, dây đã được
chức năng hóa , tính năng này có thể sử dụng để cải thiện khả năng hoạt động của dây
nano từ tính trong các ứng dụng y sinh.
Cả dây nano từ một đoạn và dây nano từ nhiều đoạn đều được sử dụng rộng rãi

trong nghiên cứu khoa học và các ứng dụng thực tế. Rất nhiều tính chất từ quan trọng,
ví dụ như nhiệt độ Curie, trường khử từ, trường bão hòa, từ độ bão hòa, độ từ dư và sự
Luận văn thạc sĩ Nguyễn Thị Thái

Ng-êi h-íng dÉn: TS. Lª TuÊn Tó
5
định hướng của trục dễ từ hóa, có thể điều chỉnh bằng cách thay đổi đường kính, chiều
dài và thành phần cấu tạo của các dây [30].

1.1.1 Dây nano tạo mảng và phân tán
Trong phần lớn các ứng dụng, dây nano ở hai dạng mảng hoặc phân tán. Hình 1.
2(a) là ví dụ cho hình ảnh mảng dây nano Ni với đường kính 200 nm. Hình 1.2(b) cho
thấy hình ảnh của dây nano Co phân tán với đường kính khoảng 70nm. Trong các ứng
dụng y sinh, dây nano phân tán thường nằm lơ lửng trong dung dịch [ 18, 19].

Hình 1.2. (a) Dây nano Ni được tạo mảng có đường kính 200nm; (b) Dây nano Co bị
phân tán có đường kính khoảng 70nm .



Luận văn thạc sĩ Nguyễn Thị Thái

Ng-êi h-íng dÉn: TS. Lª TuÊn Tó
6
1.1.2 Các dây nano một đoạn, nhiều đoạn và nhiều lớp.

Hình 1. 3. (a) Dây nano Ni một đoạn ; (b) Dây nano Ni-Au hai đoạn ;(c) Dây nano
nhiều lớp Co-Cu .
Để thỏa mãn yêu cầu thực hiện nhiều chức năng một lúc, dây nano cấu trúc
nhiều đoạn đã được nghiên cứu và tính đa chức năng hóa của dây cũng được khảo sát.

Hình 1.3(a) là ảnh một dây nano Ni một đoạn. Dây nano một đoạn có thể chế tạo
từ nguyên tố kim loại, hợp kim hoặc oxit. Hình 1.3(b) trình bày hình ảnh một dây nano
hai đoạn Ni-Au. Hình 1.3(c) trình bày hình ảnh dây nano nhiều lớp Co-Cu [6, 21].





Luận văn thạc sĩ Nguyễn Thị Thái

Ng-êi h-íng dÉn: TS. Lª TuÊn Tó
7
1.2 Tính chất từ của dây nano từ tính
1.2.1 Dị hƣớng hình dạng
Đối với vật liệu từ, khi hình dạng của chúng là hình elipxoit hay hình trụ sẽ dễ
bị từ hóa hơn so với hình dạng là hình cầu khi hướng từ trường ngoài dọc theo trục dài
của vật. Một vật chịu tác dụng của từ trường ngoài thì từ trường bên trong vật sinh ra
một từ trường có tác dụng chống lại từ trường ngoài gọi là trường khử từ. Trường khử
từ H
d
có tỷ lệ với giá trị từ độ bão hòa của M
s
, nhưng có hướng ngược lại, được cho
bởi:
H
d
= -N
d
M
s

(1.1)
Trong đó hằng số trường khử từ N
d
phụ thuộc vào hình dạng của vật. Do phép
tính khá phức tạp nên giá trị chính xác của N
d
chỉ có thể được tính toán bởi một vật
hình elipxoit có từ hóa đồng đều trên toàn bộ vật. Một vật có dạng elipxoit với các
bán trục a, b, và c (c ≥ b ≥a), tổng của các hằng số trường khử từ trên 3 bán trục (N
a
,
N
b
, N
c
) bằng 4π
N
a
+ N
b
+N
c
= 4π (1.2)
Với một hướng từ hóa cho trước, năng lượng từ tĩnhE
D
(erg/m
3
) tính bởi công
thức :











(1.3)

Ở đây M
s
(emu/cm
3
) là từ độ bão hòa của vật còn hệ số khử từ N
d
là hệ số khử từ
theo hướng từ hóa
Luận văn thạc sĩ Nguyễn Thị Thái

Ng-êi h-íng dÉn: TS. Lª TuÊn Tó
8

Hình 1.4. Ba hình elipxoit đặc trưng: Hình phỏng cầu thon dài (c > a =b), hình
elipxoit thon (c » a > b), hình phỏng cầu dẹt (c = b > a).
Hình 1.4 biểu diễn 3 hình elipxoit đặc trưng, thường sử dụng trong nghiên cứu
các dây nano có từ tính: hình phỏng cầu thon, elipxoit thon và hình phỏng cầu dẹt. Sau
đây, chúng ta thảo luận về các hằng số trường khử từ của 3 dạng elipxoit [30].

Hình phỏng cầu thon dài
Hình elipxoit thon
Hình phỏng cầu dẹt
Luận văn thạc sĩ Nguyễn Thị Thái

Ng-êi h-íng dÉn: TS. Lª TuÊn Tó
9
1.2.1.1 Hình phỏng cầu thon dài (c > a = b)
Dây nano một thành phần (được cấu tạo bởi một chất) với mặt cắt hình tròn có
thể coi như một hình elipxoit thon dài [30]. Hằng số trường khử từ của vật elipxoit
thon dài được cho bởi:
2 1/2
2 2 1/2 2 1/2
1 ( 1)
4 ln( )
2( 1) 2( 1) ( 1)
ab
m m m
N N m
m m m m



    

   

(1.4)
2 1/2
2 2 1/2 2 1/2

1 ( 1)
4 ln 1
1 2( 1) ( 1)
c
m m m
N
m m m m




   


   


(1.5)
Trong đó m là tỷ số có dạng: m=c/a

Hình 1.5. Mối quan hệ giữa các hằng số trường khử từ đã chuẩn hóa (N
a
/4π và N
c
/4π)
và tỷ số (m=c/a) của một vật phỏng cầu thon dài có thể được tìm thấy nếu tỷ số nhỏ
hơn 10, N
a
/4π ≈ 0.5 và N
c

/4π ≈ 0.
Hệ số khử từ (N
d
/4π)
Luận văn thạc sĩ Nguyễn Thị Thái

Ng-êi h-íng dÉn: TS. Lª TuÊn Tó
10
Trong một hình phỏng cầu thon dài, mối quan hệ giữa các hằng số trường khử từ
đã chuẩn hóa (N
a
/4π và N
c
/4π) và tỷ số (m= c/a) có thể tính toán được dựa vào hai
phương trình trên, kết quả được biểu diễn trên hình 1.5. Một dây nano tỷ số cao có thể
được xem như một hình phỏng cầu thon dài tỷ số cao (m lớn). Dưới sự gần đúng này,
trục khó từ hóa vuông góc với trục của dây nano, hằng số trường khử từ của dây nano
theo phương này là N
a
= N
b
= 2π; trong khi đó trục dễ từ hóa song song với trục của
dây nano, hằng số trường khử từ của dây nano theo phương này là N
c
= 0. Vì vậy, sự
chênh lệch dạng năng lượng dị hướng của dây nano được viết theo 2 cách như sau:
K
u
= ΔE
D

= E
Da
– E
Dc
= πM
s
2
(1.6)
Cần lưu ý rằng, để thông qua sự gần đúng hình trụ dài, tỷ số của các dây nano
phải lớn hơn 10 [24].
1.2.1.2 Elipxoit thon ( c  a > b)
Một dây nano đã lắng đọng vào trong lỗ khuôn với tiết diện không phải hình
tròn có thể coi gần đúng như một elipxoit thon dài [30]. Các hệ số khử từ 3 bán trục a,
b, c của elipxoit thon dài được cho bởi:
22
1 4 (3 )
4 ln
2 4 ( )
a
b ab c ab a b
N
a b c a b c a b



  

  

(1.7)

22
1 4 (3 )
4 ln
2 4 ( )
b
b ab c ab a b
N
a b c a b c a b



  

  

(1.8)
2
4
4 ln 1
c
ab c
N
c a b










(1.9)


Luận văn thạc sĩ Nguyễn Thị Thái

Ng-êi h-íng dÉn: TS. Lª TuÊn Tó
11
1.2.1.3 Hình phỏng cầu dẹt (c =b > a)
Một đoạn từ tính hình đĩa trong một dây nano nhiều đoạn có thể coi gần đúng
như hình phỏng cầu dẹt [30]. Các hằng số trường khử từ của một hình phỏng cầu dẹt
được cho bởi:
2 2 1/2
2 2 1/2
1 ( 1)
4 1 arcsin
1 ( 1)
a
mm
N
m m m



  



(1.10)

2 2 1/2
2 2 1/2
( 1)
4 arcsin 1
2( 1) ( 1)
bc
m m m
NN
m m m



   



(1.11)
Trong đó tỷ số m là: m=c/a
Một đoạn từ tính trong dây nano nhiều đoạn thường có dạng hình đĩa. Một đoạn
từ tính có thể xem như một hình phỏng cầu dẹt với tỷ số rất thấp. Trục khó từ hóa song
song với trục của dây nano nhiều đoạn và hằng số trường khử từ N
a
theo hướng này
bằng 4π; trong khi đó trục dễ từ hóa vuông góc với trục của dây nano nhiều đoạn, hằng
số trường khử từ N
c
= N
b
theo hướng này bằng 0. Vì vậy, độ chênh lệch của các dạng
năng lượng dị hướng được viết theo 2 cách như sau:

K
u
= ΔE
D
=E
Da
- E
Dc
= - 2πM
s
2
(1.12)
Từ các giá trị giới hạn của hằng số trường khử từ, chúng ta có thể tìm được
trường khử từ theo hai hướng (a hoặc c) và suy ra được năng lượng từ tĩnh.



Luận văn thạc sĩ Nguyễn Thị Thái

Ng-êi h-íng dÉn: TS. Lª TuÊn Tó
12
1.2.1.4 Ảnh hƣởng của đƣờng kính, chiều dài và tỷ số hình dạng lên tính chất từ
của dây nano.
Sự thay đổi lực kháng từ của dây nano theo một hàm của đường kính dây là một
hiện tượng rất phức tạp, cần phải xét tới nhiều khả năng và tác động để giải thích hiện
tượng này. Tính chất nội tại chính quyết định lực kháng từ H
c
bao gồm hình dạng của
dây, từ trường tinh thể và từ trường dị hướng. Ngoài ra trường khử từ sinh ra chủ yếu
bới tương tác lưỡng cực . Trong dây có tỷ số hình dạng cao, từ trường được xác định

chính yếu bởi hình dạng dị hướng và trục từ dễ nằm dọc theo trục của dây. Các tác giả
đã đưa ra sự phụ thuộc của lực kháng từ vào đường kính của dây Ni [2].



Hình 1.6. Sự thay đổi của lực kháng từ theo đường kính.

Sự cạnh tranh giữa dị hướng từ tinh thể và dị hướng hình dạng dưới sự tác động
của từ trường bên ngoài và cơ chế chuyển miền domain khi vượt quá giới hạn miền
đơn có thể giải thích cho sự thay đổi của lực kháng từ theo đường kính trong hình 4.
Luận văn thạc sĩ Nguyễn Thị Thái

Ng-êi h-íng dÉn: TS. Lª TuÊn Tó
13
Dị hướng từ tinh thể thận lợi cho sự liên kết độ từ hóa theo những hướng tinh thể nhất
đinh. Chiều rộng vách domain điển hình của Ni là khoảng 28 nm, do đó trong dây có
đường kính lớn có nhiều khả năng tạo thành cấu trúc đa miền trong một dây. Sự xuất
hiện của từ tính đa miềm làm giảm độ kháng từ thông qua hình thành vách miền.
Mặt khác khi đường kính dây tăng làm khoảng cách giữa các dây giảm gây
tăng tương tác từ tĩnh giữa các dây cũng làm giảm độ kháng từ của các dây. Tương tác
từ tĩnh giữa các dây thường trở nên quan trọng khi khoảng cách giữa các dây dẫn được
so sánh với kích thước các dây nano. Gần đây Vázquez và cộng sự đã nghiên cứu các
tính chất từ của các mảng dây nano Ni chế tạo bằng khuôn mẫu nhôm (Al). Họ cho
biết với đường kính tăng 30-83 nm hình dạng của đường cong từ hóa với trục dễ
quay theo hướng vuông góc với trục dây. Với các mẫu đã nghiên cứu ở trên không tìm
thấy bất kỳ sự quay trục dễ nào. Điều này có thể do mật độ chứa trên bề mặt của các
dây nghiên cứu ở đây là thấp (1 × 10
7
cm
-2

). Mật độ dày đặc trong khuôn mẫu nhôm
thường cao hơn 2-3 lần so với trường hợp của chúng tôi (1 ×
10
10

– 1 ×
10
11

cm
−
2

),
tức là các dây nano rất gần nhau do đó tương tác từ tĩnh có thể gây ra chuyển động
quay của trục dễ [22].
Mảng dây nano Ni với độ dài khác nhau đã được chuẩn bị để nghiên cứu những
đặc tính từ tính khi có hiệu ứng tương tác từ giữa các dây. Kết quả cho thấy từ trường
như một hàm của chiều dài cũng như khoảng cách giữa các dây. Hc tăng theo tỉ số
hình dạng tuy nhiên tốc độ tăng có xu hướng giảm khi tỉ số hình dạng đạt tới giá trị
cao có thể được đoán là do cường độ ngày càng tăng của các tương tác từ tĩnh trong
các dây đó. Sự tăng chiều dài của dây cũng làm tăng giá trị Hc. Tuy nhiên trong
trường hợp của một mảng dây nano gần nhau, tương tác từ tĩnh đóng một vai trò quan
trọng trong việc xác định tính chất từ của chúng. Nó đối kháng lại tính dị hướng hình
dạng và có xu hướng giảm lực kháng từ. Sự tương tác này có xu hướng nghiêng trục
từ dễ theo hướng vuông góc với trục dây, do đó dị hướng hình dạng có xu hướng
Luận văn thạc sĩ Nguyễn Thị Thái

Ng-êi h-íng dÉn: TS. Lª TuÊn Tó
14

giảm khi dây được đưa lại gần nhau hơn. Tính chất này được quan sát cho cả H
c

vuông góc và H
c
song song. Với các gí trị khác nhau của tỷ số hình dạng thì H
c
song
song được tìm thấy là lớn hơn H
c
vuông góc tuy nhiên sự khác biệt giảm khi tỷ số
hình dạng L / d trở nên nhỏ hơn có thể là do việc giảm tính dị hướng của dây.
Trong tài liệu sự ảnh hưởng của tỷ số hình dạng của dây lên trường kháng từ của
dây kim loại được nghiên bởi nhiều nhóm trên thế giới. Ví dụ nhóm Xue và Zeng tìm
thấy rằng trong dây CoNi theo thứ tự Hc tăng theo tỉ lệ hình dạng cho tới giá trị lớn
nhất đạt được, trên giá trị đó Hc không đổi [11, 13]. Theo tính toán của Beleggie
năng lượng tương tác giữa các dây có tỷ số hình dạng tùy ý là tương đối nhỏ khi tỷ số
hình dạng thấp sau đó tăng nhanh cùng với sự tăng của tỷ số hình dạng và đạt bão hòa
tại tỷ số hình dạng khoảng 50 [20].
Trong nghiên cứu khác Enscinas –Oropesa đã đo đạc phổ cộng hưởng sắt từ và
vòng từ tễ của bó dây Ni với mật độ khác nhau của dây. Họ thấy rằng trục từ hóa có
thể chỉnh song song hoặc vuông góc với trục của dây bằng cách thay đổi mật độ của
dây [4].
Điểm đáng quan tâm khác là tại các giá trị khác nhau về tỉ số hình dạng, lực
kháng từ cao hơn khi mật độ dây nano thấp hơn. Mô phỏng máy tính chỉ ra rằng sự
tăng lên số lượng của dây làm tăng lên từ tính dó có tương tác giữa các dây nano tặng
và lực kháng từ do đó cũng giảm.

Luận văn thạc sĩ Nguyễn Thị Thái

Ng-êi h-íng dÉn: TS. Lª TuÊn Tó
15
1.2.2 Chu trình từ trễ
Chu trình từ trễ của một mẫu bất kỳ có mối quan hệ mật thiết với từ trường
ngoài đặt vào. Bằng tính toán lý thuyết, người ta có thể thu được chu trình từ trễ của
mẫu bằng cách cực tiểu hóa năng lượng tự do khi có từ trường ngoài. Chu trình từ trễ
của một vật bị ảnh hưởng bởi các thông số như vật liệu, cấu trúc vĩ mô, hình dạng và
kích thước của vật, hướng của từ trường và quá trình từ hóa của mẫu. Đối với mảng
các dây nano, tương tác giữa các dây nano đơn lẻ có thể ảnh hưởng tới chu trình từ trễ
[30].

Hình 1.7. Những chu trình trễ của một mảng dây nano Ni. Đường kính của các dây
nano là 100 nm, chiều dài của chúng là 1 µm.
Các thông số thường dùng trong mô tả đặc trưng của mỗi mẫu là từ độ bão hòa
M
s
, từ dư M
r
, trường bão hòa H
sat
và lực kháng từ H
c
. Quan sát hình 1.6, trường bão
hòa H
sat
là trường phụ thuộc vào lực kháng từ để đạt tới từ độ bão hòa M
s

; từ dư M
r
là
từ độ của mẫu khi từ trường ngoài mất đi.
Từ độ bão hòa M
s
của một vật đạt được khi tất cả momen từ trong vật hoàn toàn
song song với nhau. Vì vậy, từ hóa bão hòa M
s
là tính chất bên trong của vật liệu từ
tính, không liên quan tới hình dáng và kích thước của mẫu.
Luận văn thạc sĩ Nguyễn Thị Thái

Ng-êi h-íng dÉn: TS. Lª TuÊn Tó
16
Từ tính của một mảng dây nano chủ yếu được xác định bằng hai thông số. Thứ
nhất là tính chất từ của các dây nano đơn. Thứ hai là tương tác giữa các dây nano đơn
có từ tính, liên quan tới các thông số hình học của mảng dây nano.

1.3 Một số ứng dụng của dây nano từ tính.
Cho đến nay, các ứng dụng của công nghệ nano đã được tiến hành trong nhiều
lĩnh vực ít ai ngờ, những ý tưởng mới và lạ nhất đang hình thành ở khắp các công ty
lớn, các viện nghiên cứu trên thế giới. Đối với dây nano từ tính, do có các tính chất đặc
biệt nên thu hút được nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực như y sinh, cảm biến, ghi từ
1.3.1 Phân phối gen.
Phân phối gen bằng cách sử dụng các dây nano từ tính nhiều đoạn có rất nhiều
thuận lợi. Các tính chất của các hệ thống phân phối gen thông thường có thể không
được kiểm soát trên quy mô nano, chúng bị giới hạn bởi hiệu quả chuyển nạp tương
đối thấp của chúng, giới hạn khả năng của hệ thống để kết hợp DNA ngoại lai bên
trong một tế bào mục tiêu [12]. Tuy nhiên, trong chế tạo dây nano nhiều đoạn, có thể

kiểm soát chính xác vật liệu của mỗi đoạn và các tính chất của chúng ở quy mô kích
thước nano. Hơn nữa, các dây nano nhiều đoạn có thể cung cấp các chức năng khác
nhau trong khu vực không gian xác định, và do đó có thể kiểm soát chính xác sự bố trí
kháng nguyên và sự kích thích của các phản ứng miễn dịch nhiều lớp.
Luận văn thạc sĩ Nguyễn Thị Thái

Ng-êi h-íng dÉn: TS. Lª TuÊn Tó
17

Hình 1.8. Chức năng hóa các dây nano Au-Ni. 1. Dây nano được ủ với AEDP. Đoạn
Ni liên kết với nhóm muối của axit cacbonxylic. 2. Plasmit liên kết với nhóm amin có
thêm một proton của AEDP. 3. Plasmit bất động bề mặt được cô đọng bằng CaCl
2
. 4.
Đoạn Au liên kết chọn lọc với Transferring hodaminetagg .
Hình 1.8 cho thấy các phương pháp cho plastic DNA liên kết có chọn lọc và
protein liên kết với các dây nano Au/Ni [23]. Sau khi các dây nano được di chuyển ra
khỏi mẫu, đoạn Ni của dây có chức năng với 3-[(2-aminoethyl) dithiol] – axit
propionic (AEDP) thông qua đuôi axit cacbonxylic. Plasmit DNA sau đó liên kết tĩnh
điện với các nhóm amin có thêm một proton của AED. Đoạn Au của dây nano sau đó
có chức năng với transferrin (transferring là một protein tế bào mục tiêu và bị biến đổi
hoá học với thiol).
Sự chuyển nạp bằng cách sử dụng các dây nano nhiều chức năng này được thực
hiện trên phôi thận con người (HEK293), dòng tế bào động vật có vú. Đã xác nhận
được rằng các dây nano nhiều lớp có hiệu quả hơn trong sự chuyển nạp so với các dây
nano thành phần đơn transferrindimodifi.


Luận văn thạc sĩ Nguyễn Thị Thái

Ng-êi h-íng dÉn: TS. Lª TuÊn Tó
18
1.3.2 Phân tách các phân tử sinh học.
Các dây nano từ tính có thể được sử dụng trong phân tách các phân tử sinh học
hiệu suất cao. Cả các dây nano từ tính đơn và dây nano từ tính nhiều đoạn đều được sử
dụng để phân tách tế bào. Nói chung, các dây nano từ tính tốt hơn các hạt hình cầu từ
tính trong phân tách tế bào. Trong hình 1.9 là trường hợp phân tách tế bào bằng cách
sử dụng các dây nano nhiều đoạn.
I-xi-din (His) có ái lực liên kết cao đối với Ni và có thể dùng tương tác này trong
cột Ni để phân tách các protein His đã được đánh dấu từ các giải pháp sinh học [27].
Các dây nano nhiều đoạn Au/Ni/Au có các động lực liên kết nhanh hơn trong
phân tách các protein His đã được đánh dấu . Khi các dây nano nhiều đoạn được đưa
đến một dung dịch có chứa cả protein His đã được đánh dấu gắn vào các đoạn Ni của
dây nano, và có thể di chuyển ra khỏi dung dịch bằng cách đặt vào một từ trường
ngoài. Tương tự, các dây nano nhiều đoạn Au/Ni/Au có chức năng hóa với poly - His
có thể được sử dụng để phân tách có hiệu quả các protein kháng i-xti-din từ các kháng
thể khác. Trong thí nghiệm đó, các đoạn Au của dây nano bị thụ động với poly thiolate
(ethylene glycol) (PEGSH) để giảm thiểu sự liên kết không rõ ràng của protein với bề
mặt Au và giảm thiểu sự tổng hợp có thể gây ra bởi các tương tác bề mặt – bề mặt Au
[16].